JP2015079849A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温長時間拡散を伴う深い不純物拡散層の形成工程を有する半導体装置の製造方法およびその半導体装置に関する。特には、電力変換装置などに用いられる逆阻止IGBTに関する。IGBTは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの略称である。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a deep impurity diffusion layer accompanied by high-temperature and long-time diffusion, and the semiconductor device. In particular, the present invention relates to a reverse blocking IGBT used in a power converter or the like. IGBT is an abbreviation for an insulated gate bipolar transistor.
逆阻止IGBT100は、通常のIGBTと同様に、図2の要部断面図に示すようにn型半導体基板1の中央部分に配置される活性領域14中の表面にゲート酸化膜13bを介して形成されるゲート電極13aからなる積層構造のMOS構造13を備える。その半導体基板1の反対側の裏面には、p型コレクタ層16を介してコレクタ電極17を有する。前記活性領域14の外周には接合終端領域9が取り巻き、さらにその外周を取り巻くとともに、特に半導体基板1の両面間に跨る拡散領域からなるp型分離領域6を有する構造が逆阻止IGBTの特徴である。このp型分離領域6をp型コレクタ層16に接続させることにより、p型コレクタ層16の接合終端を表面側の接合終端領域9表面に露出させ絶縁膜で保護することができるので、IGBTの逆耐圧が安定し、その耐圧信頼性を高めることができる。半導体基板の厚さは耐圧クラスが600V〜1200Vの場合、耐圧に対応して、それぞれ50〜200μm程度にされることが好ましい。
The
半導体基板に選択的に不純物をイオン注入した後、この不純物を熱拡散により深い不純物拡散層(分離領域)を形成する熱処理工程に先立ち、マスクとなる絶縁膜にイオン注入された不純物の外方拡散を防止するため、マスク絶縁膜やフィールド酸化膜を除去する技術が開示されている。また、マスク絶縁膜とフィールド酸化膜を除去した後、新たな酸化膜を形成することで、不純物のオートドーピングを防止する製造方法についても開示されている(特許文献1)。 After selectively ion-implanting impurities into the semiconductor substrate, prior to the heat treatment step of forming a deep impurity diffusion layer (isolation region) by thermal diffusion, the impurities are diffused outwardly into the insulating film serving as a mask. In order to prevent this, a technique for removing the mask insulating film and the field oxide film is disclosed. Also disclosed is a manufacturing method that prevents autodoping of impurities by forming a new oxide film after removing the mask insulating film and the field oxide film (Patent Document 1).
不純物のイオン注入後に、マスクとして用いたシリコン酸化膜からリンやボロンの原子濃度が高い注入層だけを除去した後、熱拡散を行うプロセスが開示されている(特許文献2)。 After impurity ion implantation, a process is disclosed in which only an implanted layer having a high atomic concentration of phosphorus or boron is removed from a silicon oxide film used as a mask, and then thermal diffusion is performed (Patent Document 2).
従来のp型分離領域の形成方法を図7の(a)〜(e)に示す。厚さ500μm前後で、不純物濃度3×1013〜1.5×1014cm-3のn型FZ(Floating Zone)半導体基板20を用いる。このn型半導体基板20の表面に厚さに0.8〜1.6μmの初期酸化膜21を形成した(a)後、後工程で半導体基板20に形成される活性領域と接合終端領域の外周に位置する部分の初期酸化膜21に選択的にエッチングして開口部22を形成する(b)。この初期酸化膜21の開口部22から半導体基板20中にドーズ量5×1015cm-2のボロンを矢印22aのようにイオン注入してイオン注入層22bを形成する(c)。開口部22以外の初期酸化膜21は、半導体基板20へのボロンの注入を防ぐマスクとして機能するように、イオン注入の際にほとんどのボロンが突き抜けることなく酸化膜内に留まる厚さにされる必要がある。以降、初期酸化膜をマスク絶縁膜21とも称する。
A conventional method for forming a p-type isolation region is shown in FIGS. An n-type FZ (Floating Zone)
その後、ボロンが含まれるマスク絶縁膜21を完全に除去するかまたは完全に残した状態で、1300℃の酸素雰囲気中で、イオン注入層22b内のボロンを深さ50〜200μmまで熱拡散させてp型分離領域6を形成する(d)。図7の(d)では酸化膜21を完全に残した状態でp型分離領域6を形成する場合を示している。p型分離領域6の拡散深さを50μmとするためには1300℃で100時間、拡散深さを200μmとするためには1300度で300時間程度の高温長時間の熱処理を行う必要がある。p型分離領域6の形成後、マスク絶縁膜21を全面除去する(e)。
Thereafter, the boron in the
しかしながら、前述の図7(d)で説明したp型分離領域6の形成のためにする高温長時間の熱拡散処理前のプロセスが、(d)と異なりマスク絶縁膜21を完全に除去するプロセスの場合、イオン注入層22b中のボロンが高温長時間の熱拡散処理中に基板表面から飛び出して外方拡散し、再び基板内に再拡散する現象が起きる。この現象をオートドーピングという。このオートドーピングにより半導体基板の望まれない表面にボロンが導入される領域が形成される。この結果、オートドーピングがプロセス中に起きることがある製造方法で作製された逆阻止IGBTでは、その順耐圧が上昇して逆耐圧が低下し、さらに逆漏れ電流が増加する問題の発生することがある。そこで、従来、実際には、低下耐圧を想定して、予め、その分シリコン基板の比抵抗を高くし基板も厚くしておくことにより低下耐圧を補う方策が採られた。ところが、基板を厚くすることはデバイスのオン電圧を増大させ、オン電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係を悪化させる問題が避けられない。
However, unlike the process (d), the process before the thermal diffusion process for a long period of time for forming the p-
一方、高温長時間の熱拡散処理を行う前に、マスク絶縁膜を完全に残すプロセスでは、高温長時間の熱拡散処に伴って半導体基板内に導入される高濃度酸素の外方拡散がマスク絶縁膜により抑制される。その結果、半導体基板の表面が高酸素濃度となり、結晶欠陥を伴う酸素析出物が発生し、面あれという状態が生じる。この面あれのある半導体基板表面に形成されるゲート酸化膜には、欠陥が多く取り込まれるので、ゲート不良の原因となり易くゲート不良が増加することが問題となる。この問題は前述のマスク絶縁膜を完全に除去した後に高温長時間拡散を行うプロセスでは生じない。さらに完全にマスク絶縁膜を残すプロセスの場合、酸化膜中にイオン注入されたボロンが高温で長時間の熱拡散処理によって酸化膜を突き抜けて半導体基板中に拡散する現象も問題となる。 On the other hand, in the process of leaving the mask insulation film completely before performing the high-temperature and long-time thermal diffusion treatment, the outward diffusion of high-concentration oxygen introduced into the semiconductor substrate along with the high-temperature and long-time thermal diffusion treatment is masked. Suppressed by the insulating film. As a result, the surface of the semiconductor substrate has a high oxygen concentration, oxygen precipitates accompanied by crystal defects are generated, and a state of surface roughness occurs. Since many defects are taken in the gate oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate having the rough surface, there is a problem that gate defects are liable to cause gate defects and increase. This problem does not occur in a process in which diffusion is performed at a high temperature for a long time after the mask insulating film is completely removed. Further, in the process of completely leaving the mask insulating film, the phenomenon that boron ion-implanted into the oxide film penetrates the oxide film and diffuses into the semiconductor substrate at a high temperature for a long time by thermal diffusion treatment becomes a problem.
本発明は、以上説明した問題点を解消するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、オートドーピングを抑制し、またはマスク絶縁膜中のボロンが半導体基板内に拡散することを抑え、逆耐圧の低下およびゲート不良を少なくすることができる半導体装置の製造方法およびその半導体装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the problems described above. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of suppressing autodoping or suppressing boron in a mask insulating film from diffusing into a semiconductor substrate and reducing reverse breakdown voltage and gate defects. And a semiconductor device thereof.
本発明は、前記課題を解決するために、第1導電型半導体基板の一方の主面にMOSゲート構造を含む活性領域と該領域を取り巻く接合終端領域、他方の主面には第2導電型半導体層をそれぞれ有し、前記活性領域と前記接合終端領域とを取り巻く位置に、一方の主面から対向する他方の主面の前記第2導電型半導体層に至り接触する第2導電型分離領域を有する半導体装置を形成するための製造方法が、前記第1導電型半導体基板の一方の主面に所要の膜厚を有するマスク絶縁膜と該マスク絶縁膜の前記位置に前記第2導電型分離領域形成用の開口部とを形成する第1工程と、前記一方の主面から、所要のドーズ量と加速エネルギーにより、第2導電型不純物をイオン注入する第2工程と、該イオン注入により前記マスク絶縁膜中に形成された第2導電型不純物注入層を除去して前記マスク絶縁膜を薄化する第3工程と、前記開口部からイオン注入された第2導電型不純物を前記他方の主面の第2導電型半導体層部分に達する深さまで熱処理により拡散させて前記第2導電型分離領域を形成する第4工程とを有する半導体装置の製造方法とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides an active region including a MOS gate structure on one main surface of a first conductivity type semiconductor substrate, a junction termination region surrounding the region, and a second conductivity type on the other main surface. A second conductivity type isolation region having a semiconductor layer and in contact with the second conductivity type semiconductor layer on the other main surface opposite to the main surface at a position surrounding the active region and the junction termination region A manufacturing method for forming a semiconductor device comprising: a mask insulating film having a required film thickness on one main surface of the first conductive type semiconductor substrate; and the second conductive type separation at the position of the mask insulating film. A first step of forming an opening for forming a region; a second step of ion-implanting a second conductivity type impurity from the one main surface with a required dose and acceleration energy; and Formed in mask insulation film A third step of thinning the mask insulating film by removing the second conductivity type impurity implantation layer; and a second conductivity type semiconductor on the other main surface by ion implantation of the second conductivity type impurity from the opening. And a fourth step of forming the second conductivity type isolation region by diffusion to a depth reaching the layer portion by heat treatment.
前記第3工程で薄化されるマスク絶縁膜の残膜厚さが0.3μm以上0.4μm以下であることが好ましい。また、前記第3工程において、前記マスク絶縁膜のうち、該マスク絶縁膜中にイオン注入される第2導電型不純物の飛程とその標準偏差の6倍との和以上の膜厚を除去することが好ましい。 The residual film thickness of the mask insulating film thinned in the third step is preferably 0.3 μm or more and 0.4 μm or less. Further, in the third step, the film thickness of the mask insulating film that is equal to or larger than the sum of the range of the second conductivity type impurity ion-implanted into the mask insulating film and 6 times its standard deviation is removed. It is preferable.
前記第4工程で形成される前記第2導電型分離領域の、前記開口部からの深さが50μm〜200μmであることが好適である。
前記製造方法により製造される半導体装置が逆阻止IGBTであることが望ましい。
It is preferable that the second conductivity type separation region formed in the fourth step has a depth of 50 μm to 200 μm from the opening.
It is desirable that the semiconductor device manufactured by the manufacturing method is a reverse blocking IGBT.
本発明によれば、オートドーピングを抑制し、またはマスク絶縁膜中のボロンが半導体基板内に拡散することを抑え、逆耐圧の低下およびゲート不良を少なくすることができる半導体装置の製造方法およびその半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device capable of suppressing auto-doping or suppressing boron in a mask insulating film from diffusing into a semiconductor substrate and reducing a decrease in reverse breakdown voltage and gate defects, and the method thereof A semiconductor device can be provided.
以下、本発明の半導体装置の製造方法にかかる実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれ相対的に不純物濃度が高いまたは低いことを意味する。なお、以下の実施例の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、実施例で説明される添付図面は、見易くまたは理解し易くするために正確なスケール、寸法比で描かれていない。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。 Embodiments of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is relatively high or low, respectively. In the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted. In addition, the accompanying drawings described in the embodiments are not drawn to an accurate scale and dimensional ratio for easy understanding and understanding. The present invention is not limited to the description of the examples described below unless it exceeds the gist.
本発明の実施例1にかかるp型分離領域6の形成方法を図1の(a)〜(e)に示す。厚さ500μm前後で、不純物濃度が3×1013〜1.5×1014cm-3のn型FZ半導体基板20を用いる。このn型半導体基板20の表面に厚さに0.8〜1.6μmの初期酸化膜21を形成した(a)後、後工程で半導体基板20に形成される活性領域と接合終端領域の外周に位置する部分の初期酸化膜21に開口部22を選択的エッチングで形成する(b)。(b)以降の初期酸化膜をマスク絶縁膜21とも称する。このマスク絶縁膜21の開口部22から半導体基板20中にドーズ量5×1015cm-2のボロンを矢印22aで示すようにイオン注入してイオン注入層22bを形成する(c)。
A method for forming the p-
ボロンのイオン注入の加速エネルギー(keV)はp型分離領域6の拡散深さに応じて変えることになる。耐圧600Vのデバイスでは45keVの加速エネルギー、耐圧1200Vでは200keVの加速エネルギーがそれぞれ好ましい。開口部22以外のマスク絶縁膜21は、半導体基板20へのボロンの注入を防ぐマスクとして機能するように、イオン注入の際に、ほとんどのボロンが突き抜けることなく酸化膜内に留まる膜厚の酸化膜21bとイオン注入されたボロンがほとんど無い酸化膜21aとを有する。酸化膜21aは少なくとも300nm以上の膜厚を必要とする。酸化膜21bは、ボロンのイオン注入の加速エネルギーによってその飛程Rpが変わるので、飛程Rpに応じてその膜厚を変える必要がある。マスク絶縁膜21から酸化膜21bをエッチングにより除去した残りの酸化膜21aの厚さが少なくとも300nm以上を必要とする理由は、膜厚が300nm以下になると、ピンホールや表面結晶欠陥などの影響が急に増加し、オートドーピングへのマスク効果が急減するからである。
The acceleration energy (keV) of boron ion implantation is changed according to the diffusion depth of the p-
本発明にかかる実施例1では、前述のように注入ボロンが単にマスク絶縁膜21を突き抜けない膜厚にするのではなく、注入ボロンを含まない酸化膜21aを予めマスク絶縁膜21に付加しておき、注入ボロンの熱拡散前に、注入ボロンを含む酸化膜21bをエッチングで除去し、ボロンを含まない酸化膜21aだけを残すプロセスを特徴としている。例えば、加速エネルギーが45keVの場合、ボロンのイオン注入の飛程Rpは約145nmであるが、その飛程Rpには6σ分のばらつきがあることを考慮しても、マスク絶縁膜21の厚さを800nm(0.8μm)とすると、注入ボロンがマスク絶縁膜21を突き抜けることが実質的に無い酸化膜21b膜厚と、ボロンをほとんど含まない酸化膜21a膜厚が300nm以上という膜厚条件を満たすことができるので好ましい。また、加速エネルギーが200keVの場合、ボロンの飛程Rpは564nmであり、前述と同様に6σ分のばらつきを考慮しても、マスク絶縁膜21の厚さを1600nm(1.6μm)とすると、前述の酸化膜21bと酸化膜21aとの膜厚条件を満たすことができるので好ましい。
In the first embodiment according to the present invention, as described above, the implantation boron does not simply have a thickness that does not penetrate the
前述の(c)工程後に、マスク絶縁膜21から酸化膜21b部分をエッチングにより除去して薄化し酸化膜21aを残す。1300℃の酸素雰囲気中での長時間処理により、イオン注入層22b内のボロンを深さ50〜200μmまで熱拡散させてp型分離領域6を形成する(d)。例えば、p型分離領域6の拡散深さを50μmとするためには1300℃で100時間程度、拡散深さを200μmとするためには1300度で300時間程度の熱処理を行う必要がある。このように、実施例1では、注入ボロンをほとんど含まない酸化膜21aをマスクとして高温長時間拡散処理を行うので、オートドーピングやボロンを含む酸化膜21bからのボロンの突き抜けによる望まれないp型領域の形成を防ぐことができる。
After the step (c) described above, the
本発明にかかる、マスク絶縁膜21のエッチングにより、注入ボロンが含まれない残膜がある状態と、マスク絶縁膜21をすべて除去した状態とで、深い分離拡散領域の形成後のボロンのオートドーピングによる望まれないp型領域の形成の有無を調べた結果を、図3に示す。望まれない領域にp型領域が形成されると、このp型領域が形成されている場所はIGBTの表面側の主要な半導体機能領域であるMOSゲート構造を形成する場所でもあるので、正常なMOSゲート構造が形成できなくなり、特性不良が増加する。図3(a)はマスク絶縁膜21をすべて除去した場合にオートドーピングにより形成された望まれない場所へのp型領域の不純物濃度を示す。半導体基板の最表面から約0.2μmの深さまで、1015cm-3以上のボロン濃度が検出されている。更に、半導体基板の内部でも2〜3×1014cm-3のボロン濃度のところがあり、n型半導体基板20の不純物濃度3×1013〜1.5×1014cm-3より高濃度の部分があるのでp型領域が形成されている可能性がある。またはp型領域が形成されないときでも、ボロンの不純物濃度が半導体基板の不純物濃度に近いので、p型とn型の不純物が相殺されてn型としての不純物濃度が低下することがある。(b)は本発明にかかる製造方法による、マスク絶縁膜21から注入ボロンが含まれる膜厚をエッチングで除去しボロンを含まない残膜を残して分離拡散領域を形成する場合である。(b)から、半導体基板の最表面を除いてボロン濃度が1014cm-3以下に抑えられており、p型領域がほとんど形成されていない事がわかる。また、半導体基板の内部ではボロン濃度はほとんど検出限界以下と、n型半導体基板20の不純物濃度3×1013〜1.5×1014cm-3より低濃度であるので、p型領域はほとんど形成されないことが分かる。
The auto-doping of boron after the formation of the deep isolation diffusion region in the state where there is a residual film not containing implanted boron and the state where all of the
次に、前述した飛程Rpのばらつきを考慮した上で、マスク絶縁膜21中への注入ボロンの深さおよびこの注入ボロンを含む酸化膜21bをエッチングで除去する必要のある厚さおよび残りの酸化膜21aである残膜厚さについて、詳細に説明する。すなわち、ボロンのイオン注入時の加速エネルギーによる実際の飛程Rpはばらつきを有していて、その平均値(中心値)を飛程Rp、その標準偏差シグマ(σ)をΔRpとすると、前述した加速エネルギーが45keVの場合の飛程Rp145nmに対するΔRp(σ)は45nmのばらつきであった。この場合、飛程Rpの前後6シグマ(6σ)の分布範囲内にはほとんどの注入ボロンが含まれると考えられる。Rp+6シグマ(6σ)は、145+6×45=415nmとなる。従って、ボロンの加速エネルギーが45keVのとき、マスク絶縁膜21の厚さ800nmから415nmの厚さをエッチングなどで除去すれば、残りの酸化膜21aの残膜厚さ385nm中には注入されたボロンはほとんど含まれないことになり、しかも、残膜厚さに求められる最少膜厚300nm以上も満たす。従って、逆にマスク絶縁膜21の膜厚Xを求める場合は、膜厚X≧300nm+膜厚21bであり、加速エネルギーが45keVの場合はマスク絶縁膜21中に注入ボロンが含まれる膜厚21bが前述のように415nmとなるから、少なくとも715nm以上あれば前述の膜厚条件を満たすこととなり、エッチング誤差を含めて考えると、800nm程度の膜厚が好適である。
Next, in consideration of the above-described variation in the range Rp, the depth of implanted boron into the
同様に加速エネルギーが200keVのとき、マスク絶縁膜21の厚さ1600nmからRp564nmとΔRp(σ)95nmの6シグマ(6σ)分との和の1135nmの厚さをエッチングなどで除去すれば、残りの酸化膜21aの残膜厚さ465nm中には注入されたボロンはほとんど含まれない。
Similarly, when the acceleration energy is 200 keV, if the thickness of 1135 nm which is the sum of 6 sigma (6σ) of Rp564 nm and ΔRp (σ) 95 nm is removed from the thickness 1600 nm of the
図4は、本発明にかかる、耐圧600Vの逆阻止IGBTの逆耐圧とマスク絶縁膜21から前述したイオン注入されたボロンを含む6σ膜厚を除去した残りの膜厚(残膜)との関係を示す図である。図4から、マスク絶縁膜21(初期酸化膜)の膜厚800nmそのままでは、逆耐圧が650V程度であり、マスク絶縁膜21を表面からエッチングするにつれて、逆耐圧が上昇し、400nm程度エッチングすると、逆耐圧が740Vで最も高くなり、さらに400nm程度を超えて残膜厚が減少すると逆耐圧も減少することを示している。本発明では、特には、オートドーピングの抑制に効果がある300nm以上の残膜厚であって、ボロンの高温長時間熱拡散処理前にマスク絶縁膜21中のボロンを、前述のように飛程の中心値から6σの範囲までの厚さ、すなわち、耐圧600Vでは415nm程度、例えば、400nmの膜厚を除去した残膜厚400nm以下が好ましい。図4から残膜厚300nm〜400nmにおける逆耐圧は730Vから740Vである。同じ残膜範囲の場合の順耐圧について、本発明にかかる、順耐圧に関する同様の関係図である図5から残膜厚300nm〜400nmの範囲の順耐圧は約740V〜760Vであることが分かる。
FIG. 4 shows the relationship between the reverse breakdown voltage of the reverse blocking IGBT having a breakdown voltage of 600 V according to the present invention and the remaining film thickness (residual film) obtained by removing the 6σ film thickness including the above-described ion-implanted boron from the
前述の説明に記載の数値と、前記説明に無いボロンの加速エネルギー100keVの場合について求めた飛程Rp、ΔRp、6σ、初期酸化膜(マスク絶縁膜21)の厚さ、薄化後の残膜(酸化膜21a)の厚さの上限、下限などについて、下記表1にまとめた。
The numerical values described in the above description, the range Rp, ΔRp, 6σ, the thickness of the initial oxide film (mask insulating film 21), and the remaining film after thinning obtained for the case of the acceleration energy of boron of 100 keV not described above The upper limit and lower limit of the thickness of (
図6は、本発明にかかる、耐圧600Vの逆阻止IGBTのゲート不良率とマスク絶縁膜から前述したイオン注入されたボロンを含む6σの膜厚を除去した残りの膜厚(残膜)との関係を示す図である。図6から本発明によれば、100nm以上400nm以下の残膜厚であれば、ゲート不良の原因となる高濃度酸素に起因する結晶欠陥が基板表面に形成されないので、ゲート不良が実質的に無いことを示している。 FIG. 6 shows the gate defect rate of the reverse blocking IGBT having a withstand voltage of 600 V according to the present invention and the remaining film thickness (residual film) obtained by removing the film thickness of 6σ including the aforementioned ion-implanted boron from the mask insulating film. It is a figure which shows a relationship. According to the present invention from FIG. 6, if the remaining film thickness is 100 nm or more and 400 nm or less, crystal defects due to high-concentration oxygen that causes gate defects are not formed on the substrate surface, so that there is substantially no gate defects. It is shown that.
その後、前記図2に記載されているフィールド酸化膜2aを新たに全面に形成した後、MOS構造13、p型ベース領域10、n型エミッタ領域11、エミッタ電極12、フィールドリミッティングリング7、フィールドプレート8などの活性領域お14よび接合終端領域9内に周知のIGBT表面構造を形成する。その後、電子線などの照射と熱処理により所望の少数キャリアライフタイムとなるように調整する。次に、半導体基板20を裏面から研削して耐圧に対応する基板厚さに薄くする。裏面研削後の薄くされた半導体基板の符号を1とする。さらに、裏面からのボロンのイオン注入によりp型コレクタ層16を形成し、その外周でp型分離領域6と接触させ、次に、このp型分離領域6表面にオーミック接触するコレクタ電極17を形成する。このようにして本発明の半導体装置の製造方法により製造された逆阻止IGBTは半導体基板1のIGBT表面構造が、側面の高濃度p型分離領域6と裏面のp型コレクタ層16とにより囲まれているので、通常のIGBTにように、p型コレクタ層16と半導体基板1の間にある逆耐圧接合の終端が何ら保護機能の無い基板1側面には露出しない。その結果、本発明にかかる逆阻止IGBTはエミッタ側を正、コレクタ側を負とする逆電圧を印加した際にも、空乏層がデバイス側面に露出せず、信頼性が高く安定した逆耐圧を得ることができる。
Thereafter, after the field oxide film 2a shown in FIG. 2 is newly formed on the entire surface, the MOS structure 13, the p-
以上説明した本発明にかかる実施例1によれば、耐圧600Vの逆阻止IGBTを製造する際に、マスク絶縁膜の厚さを800nm(0.8μm)とし、加速エネルギー45keVのボロンをイオン注入後、マスク絶縁膜を残膜厚0.3〜0.4μm程度に薄くしてから、ボロンの熱拡散処理をして深い分離領域を形成する製造方法とする。この実施例1の製造方法によれば、マスク絶縁膜(初期酸化膜)中のボロンが実質的に完全に除去される程度にマスク絶縁膜が薄くされるので、基板表面近傍に取り込まれた高濃度酸素の外方拡散が促進され、基板表面は十分に低酸素濃度状態にすることができる。その結果、基板表面に酸素析出物(面あれ)の生成が抑制され基板の表面における面あれ状態が緩和される。また、酸化膜にイオン注入されたボロン注入層のみの厚さをエッチングで除去し、ボロンをほとんど含まない厚さの酸化膜を残すことにより、次工程の高温長時間の拡散工程で、酸化膜中のボロンが酸化膜を突き抜けて半導体基板内へ拡散するのを確実に抑制すると共に、ボロンのオートドーピングに対してはマスク効果を有することができる。そのためには、高温長時間拡散工程前のマスク絶縁膜エッチングで、残膜厚の上限値が0.4μmとなるように、ボロンの飛程より6シグマ分以上の深さまでエッチングして薄くすることが好ましい。また残膜厚の下限値を0.3μmとし、これ以上の厚さが好ましいとした理由は、酸化膜がこれ以上薄くなると酸化膜のピンホールや欠陥の発生確率が極めて大きくなり、オートドーピングの抑制効果が小さくなるからである。 According to the first embodiment of the present invention described above, when manufacturing a reverse blocking IGBT having a breakdown voltage of 600 V, the thickness of the mask insulating film is set to 800 nm (0.8 μm), and boron having an acceleration energy of 45 keV is ion-implanted. Then, after the mask insulating film is thinned to a remaining film thickness of about 0.3 to 0.4 μm, a thermal isolation treatment of boron is performed to form a deep isolation region. According to the manufacturing method of the first embodiment, the mask insulating film is thinned to such an extent that boron in the mask insulating film (initial oxide film) is substantially completely removed. The outward diffusion of the concentration oxygen is promoted, and the substrate surface can be brought into a sufficiently low oxygen concentration state. As a result, the generation of oxygen precipitates (surface roughness) on the substrate surface is suppressed, and the surface roughness state on the substrate surface is relaxed. Also, the thickness of only the boron implanted layer ion-implanted into the oxide film is removed by etching, leaving an oxide film having a thickness that hardly contains boron, so that the oxide film can be used in the next high-temperature long-time diffusion process. It is possible to reliably suppress the boron inside from penetrating the oxide film and diffusing into the semiconductor substrate, and to have a masking effect on boron auto-doping. For that purpose, the mask insulation film is etched before the high temperature and long time diffusion process, and is etched to a depth of 6 sigma or more from the boron range so that the upper limit of the remaining film thickness becomes 0.4 μm. Is preferred. In addition, the lower limit of the remaining film thickness is set to 0.3 μm, and a thickness larger than this is preferable. When the oxide film becomes thinner, the probability of occurrence of pinholes and defects in the oxide film becomes extremely large, and auto-doping This is because the suppression effect is reduced.
実施例1に記載の本発明によれば、逆耐圧を低下させることなく、ゲート不良を1%以下に抑えることができる。さらに酸化膜中のボロンが半導体基板へ拡散することを抑制すると共にボロンのオートドーピングを抑制し、逆耐圧の低下を抑制することにより、初期のシリコン基板の比抵抗を小さくでき、さらに基板の厚さを薄くでき、オン電圧が低減される。また基板が薄い分、分離拡散層は浅くなり、高温拡散の熱処理時間が短くなる。 According to the present invention described in the first embodiment, the gate defect can be suppressed to 1% or less without reducing the reverse breakdown voltage. Furthermore, by suppressing the diffusion of boron in the oxide film to the semiconductor substrate and suppressing the autodoping of boron, and suppressing the decrease in reverse breakdown voltage, the specific resistance of the initial silicon substrate can be reduced, and the thickness of the substrate can be reduced. The on-voltage can be reduced. In addition, since the substrate is thin, the separation diffusion layer becomes shallow, and the heat treatment time for high-temperature diffusion is shortened.
1 半導体基板
2a フィールド酸化膜
6 p型分離領域
7 フィールドリミッティングリング
8 フィールドプレート
9 接合終端領域
10 p型ベース領域
11 n型エミッタ領域
12 エミッタ電極
13 MOS構造
13a ゲート電極
13b ゲート酸化膜
14 活性領域
16 p型コレクタ層
17 コレクタ電極
20 半導体基板
21 初期酸化膜、マスク絶縁膜
21a ボロンを含む酸化膜
21b ボロンを含まない酸化膜
22 開口部
22a イオン注入
22b イオン注入層
100 逆阻止IGBT
1 semiconductor substrate 2a field oxide film 6 p-type isolation region 7 field limiting ring 8 field plate 9 junction termination region 10 p-type base region 11 n-type emitter region 12 emitter electrode 13 MOS structure 13a gate electrode 13b gate oxide film 14 active region 16 p-type collector layer 17
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